塑料管材挤出模具设计
挤出成型工艺及模具设计_课件
二、挤出成型机头概述
1. 挤出机头的作用 使熔融塑料由螺旋运动变为直线运动； 产生必要的成型压力，保证制品密实； 使塑料通过机头得到进一步塑化； 通过机头口模以获得截面形状相同、连续的塑料制品。
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2. 机头的分类
按机头的几何形状分类 圆环机头：管材机头、棒材机头、造粒机头等 平板状机头：平模机头、板材机头、异型材机头等
内装置电热器时导入导线。
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2. 管材的定径和冷却
为了使管材获得较低的表面粗糙值、准确的尺寸和几何 形状，管材离开口模时，必须立即进行定径和冷却，由定 径套来完成。
有两种方法： ❖ 外径定型 ❖ 内径定型
我国塑料管材标 准大多规定外径为基 本尺寸，故国内较常 用外径定型法。
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（1）外径定型 适用于管材外径尺寸精度要求高、外表面粗糙度要求低的
按机头进出料方向分类 水平直通式机头 直角式机头
按机头的用途分类 吹膜机头、管材机头、板材机头、棒材机头、异型材 机 头等。
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3.挤出机头的组成（以直通式管材机头为例）
口模 芯棒 分流器和分流器支架 机头体 过滤网和过滤板 连接部分 定径套
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① 口模和芯棒 ② 挤出模的主要成型零件，口模用来成型塑件的外表
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（2）内径定型
通过定径套内的循环水冷却定型 特点：保证管材内孔圆度，操作方便；宜用于直角式挤管机头
和旁侧式挤管机头。
适用：内径尺寸要求准确、圆度要求高的情况。
1-管材 2-定径芯模 3-芯棒 4-回水流道
5-进水管 6-排水管 7-进水嘴
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定径芯长度：与管材壁厚及牵引速度有关，一般取80～ 300mm，牵引速度和壁厚大时，取大值。反之，取小值。 定径芯直径：一般比管材内径直径大2%～4%，始端比终端 直径大，锥度为0.6:100～1.0:100。
塑料挤出成型工艺及模具设计
为了应对环保压力，生物降解塑料在 挤出成型工艺中逐渐受到重视，这类 材料在废弃后可自然降解，减少对环 境的负担。
智能化技术的应用
自动化控制
通过引入自动化控制系统，可以精确 控制挤出成型过程中的温度、压力、 速度等参数，提高产品质量和稳定性。
机器学习与人工智能
利用机器学习和人工智能技术对生产 数据进行挖掘和分析，优化工艺参数， 提高生产效率。
压缩系统
对塑料原料进行压缩和 输送，由压缩段、压缩
比和压缩角等组成。
模具系统
用于塑化、混合和输送 塑料原料，由加热器、 冷却系统和控制系统等
组成。
挤出系统
将塑料原料从模具中挤 出，由挤出机、螺杆和
机头等组成。
挤出模具的设计原则
适应塑料特性
根据塑料的熔点、粘度、结晶 度等特性，选择合适的模具结
构和材料。
环境友好型挤出成型工艺的发展
低温挤出
降低挤出温度可以减少能源消耗 ，同时降低冷却时间，提高生产 效率。
短流程工艺
通过优化模具结构和挤出机设计 ，实现短流程生产，减少材料浪 费和能源消耗。
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塑料挤出成型工艺及 模具设计
目 录
• 塑料挤出成型工艺概述 • 塑料挤出模具设计基础 • 塑料挤出成型工艺参数 • 塑料挤出成型模具的维护与保养 • 塑料挤出成型工艺的发展趋势与展望
01
塑料挤出成型工艺概述
挤出成型工艺简介
挤出成型工艺是一种常见的塑料加工技术，通过将塑料原料加热熔融，在挤出机 的压力作用下，通过模具口模形成连续的型材、管材、板材等制品。
每天工作前检查模具各部 件是否正常，如发现异常 应及时处理。
塑料挤出模具设计
塑料挤出模具设计塑料挤出模具设计指的是生产各种管道、线条、条形等复杂形状的产品，以满足消费者的需求。
挤出模具设计是塑料成型工艺中最关键的一环。
模具设计要求精度高、生产效率高、工艺优良、耐久性强等多个方面的考量，因此，在设计中需要注意各项要素，以达到预期的效果和质量标准。
首先，塑料挤出模具设计需要结合塑料挤出成型的工艺流程和参数，确保稳定的生产和高效的能源利用。
第一步是从材料入手，确定选用哪种材质，例如，挤出模具通常会使用热工模造型钢，湛江模具钢等合金类材料，这些材料能够提高模具的硬度和耐磨性，满足生产高要求产品的需要。
然后，根据产品形状等要求进行模具的设计，制定模具的大小、形状和几何参数，并结合模具的内部结构和装配装置，以确保正常的生产效果。
其次，在塑料挤出模具设计中需要注意模具的板数、结构和加工工艺。
挤出模具通常采用多板式结构，有顶板、底板、侧板、隔板等部件，用来固定塑料管材的截面形状、支撑挤出的压缩过程和控制形状等方面。
而在制作过程中，需要考虑到精度和几何形状的匹配关系，避免由于制造误差等问题造成挤出过程中的漏斗效应和产品的形状变形问题。
由此可见，塑料挤出模具设计、制造和精密加工是一项极其繁琐的工程。
其次，一个优秀的塑料挤出模具设计还需要考虑到产品配合、冷却和粘连等环节。
对于不同的挤出产品，需要根据其特点和要求进行设计和制作。
例如，在挤出大规格、壁厚较大的产品时，应该考虑到的是冷却和卡边设计，以便解决加热带来的产品变形问题；而在厚度较薄、曲度较大的产品上，需要考虑到的是粘连和多层结构的细致设计，以确保产品的精度和美观度。
最后，优秀的塑料挤出模具设计还需要考虑到制造和维护成本的问题。
制造成本与材料、加工和手工制作等资源的利用效率密切相关；而维护成本则往往与使用寿命相关，需要定期进行检查和维护，切勿忽略隐患和故障点。
这样才能确保模具的长期使用效应和成本效益。
总之，塑料挤出模具设计是制造各类产品的重要前提和要素，需要注重各个方面的细节和技术，以满足消费者的需求和制造公司的要求。
典型的挤出模具设计
典型的挤出模具设计挤出模具是一种常用于橡塑制品加工的模具，通过材料在模具中连续挤出，使其形成具有一定形状和尺寸的产品。
挤出模具广泛应用于塑料、橡胶、硅胶、硬质泡沫等各种材料的生产中，能够制造出各种管材、板材、条材、异型材等产品。
典型的挤出模具设计需要考虑材料特性、产品形状和尺寸等多个因素。
首先，挤出模具设计需要根据材料的特性来确定模具的结构和参数。
不同材料具有不同的流动性、熔体温度和粘度，对模具的设计产生不同的要求。
例如，一些材料具有较高的熔体温度和较高的黏度，需要采用加热设备和较大的流道截面积来确保材料能够顺利挤出。
而一些材料具有较低的流动性，需要增加收缩率和壁厚等参数来避免产品出现瑕疵。
因此，设计师需要了解材料的特性，合理确定模具的结构和参数。
其次，挤出模具设计需要考虑产品的形状和尺寸。
不同的产品形状对模具的设计产生不同的要求。
例如，圆形管材的模具需要设计圆形的出模口和流道，以保证挤出的产品具有良好的圆度和尺寸一致性。
而异型材的模具需要根据产品的形状和结构设计复杂的挤出口和流道，以确保产品能够顺利挤出，并且具有良好的表面质量和尺寸精度。
因此，设计师需要根据产品的形状和尺寸，合理确定模具的结构和参数。
再次，挤出模具设计需要考虑模具的制造和使用成本。
模具的制造和使用成本直接影响到产品的竞争力和市场占有率，因此设计师需要在满足产品形状和质量要求的前提下，尽量减少模具的制造和使用成本。
一方面，可以通过合理设计模具的结构和参数，减少模具的复杂度和制造难度。
另一方面，可以选择合适的材料和加工工艺，提高模具的耐磨性和使用寿命，降低维护和更换的频率。
因此，设计师需要综合考虑多个因素，合理选择模具的结构、材料和加工工艺，以实现最佳的经济效益。
最后，挤出模具设计还需要考虑产品的生产效率和质量稳定性。
生产效率和质量稳定性是企业提高竞争力和降低成本的关键。
模具的设计应充分考虑产品的生产工艺和生产效率，提高生产效率和降低不良品率。
聚乙烯复合管材原料及模具设计
聚乙烯复合管材原料及模具设计随着企业生产多样化，企业不断更新换代，不断提升企业占有市场能力，公司于2012年引进上海金湖挤出设备有限公司国内最先进的fe16-2000管材生产线，该产品的应用越来越广泛，使用量也越来越多，特别是在城市供水、排水、建筑给排水、热水供应、供应采暖、城市燃气、化工液体输送以及电线电缆护套管的应用日益剧增，其中聚乙烯塑料管材在最近十年新型管材，如pp-r、fe、pe 管、铝塑复合管、钢塑复合管、粉末喷涂钢管、邮电通信多孔管、大口径系统管的增长速度更为明显，管道的应用广泛性也对管材应用的安全性提出了更高的要求，合理的使用塑料原料和加工成型方法才能保证管道系统工程的安全和长期使用寿命，以下就用上述应用的塑料管材用原料及其加工成型的模具设计做一浅谈。
如图。
1.塑料管道的管道，及原材料的等级分类热塑性管材材料虽然有一系列物理性能指标进行评价，这些常规指标不能反映热塑性管材的本质性能。
管材级塑料有自己的科学而系统的分类方法。
使用最广泛的是近年来由iso/tc138开发的确定管材料等级的iso体系。
iso管材料等级体系已成为除北美部分国家外，世界各国广泛采纳和应用的管材料等级划分标准。
欧洲全部著名的树脂生产商都按照iso方法，提供其生产的塑料管材树脂的等级和相关证明。
我国塑料管材的标准化的基础和方向也是iso标准。
塑料管道用材料：1.1聚乙烯管材料的类型与发展⑴聚乙烯管材的类型。
聚乙烯管的应用已有半个世纪，最初使用低密度聚乙烯（ldpe），后来是高密度聚乙烯（hdpe）、线性低密度聚乙烯（lldpe）和中密度聚乙烯（mdpe）。
低密度聚乙烯管材料在等级分类中分为pe32和pe40，由于强度较低，只能用于低压供水和灌溉管线等。
中、高密度聚乙烯较低密度聚乙烯增强了刚度和承压能力，因此是聚乙烯压力管的主导材料，到目前为止，已商品化的材料有三代产品。
pe100聚乙烯管材料的出现，可以满足更高压力管材的要求并能制造口径较大的管材。
塑料管材挤出模具可重构设计
２ １ 模 具 的 快 速 更 换 ．
寻求最 佳 可重构范 围。从 而 为塑料 管材挤 出模 具 的 设计 、 制造 、 用 和维护 提供新 的思 路 。 使
１ 可 重构 管材挤 出模具 １ １ 管材挤 出机 头的 重构 ．
现 今 通用 的管材 挤 出模 具 设计 中 ， 用 功 能结 共
机头 重构 的基本 原则是 最大 限度地 共用 功能结 构， 或者说 尽量少 地更换 零 件 。一 般来说 ， 一组 不 同
７ ０
工程塑料应用
２１ ， ３ ０ ０年 第 ８卷 ， ９期 第
分析 ， 即作到科 学 合 理地 进 行 产 品分 组 。分 组 一经 确定 ， 具方 案随 之而定 ， 模 并且是 相对 固定 的 。
重构 管材挤 出模 具进 行 特 性 分 析 和关 键参 数分 析 ，
系列 的多个 规格 的管材 制 品进 行模 具设计 。在对 全
体被设 计对 象 的几何参 数和性 能参 数进行 综合分 析
的前提 下 ， 理利 用取值 范 围进 行统 一设计 ， 合 在最 佳 可重构 范 围内 以期 最 大 限 度地 共 用 功 能结 构 ， 到 达 高效率 、 低成 本设计 、 造 、 制 使用 和维 护模具 的 目的 。
丁 晚景 ， ： 料 管 材挤 出模 具 可 重 构 设 计 等 塑
６ ９
塑料 管材 挤 出模 具 可 重构 设 计 术
丁 晚 景 刘 蘩 孙 ＇
（． 石理工学院， 石 １黄 黄
川
４０７ ） ３ ０ ４
４ ５ ０ ； ２ 华 中科 技 大 学 ， 汉 ３０ ３ ． 武
摘要
为 大 幅度 地 降低 模 具 生 产 成 本 ， 高模 具 利 用 率及 生产 效 率 ， 出 了塑 料 管 材 挤 出模 具 的 可 重 构 设 计 思 提 提
塑料管材挤出模具设计
（直径<80mm）硬管挤出模具
下图所示是成型管材直径小于80mm用成型模具结构。采用内压法定径，定径套外腔是带有能通冷却循环水的环形套，冷却管坯；生产时，通过分流锥支架肋上的小孔，把压缩空气输入管坯内，管坯前端装有气堵，防止管内压缩空气逸出。分流锥、支架和芯轴也是用螺纹连接成一体，依靠分流锥支架外圆与模具体内圆紧密配合定位。保证分流锥、支架和芯轴与模具体装配后的同心精度。
PP
1.0.～1.2
HDPE
1.1～1.2
LDPE
1.2～1.5
口模定型段长度L1，与塑料性质、管材的形状、壁厚、直径大小及牵引速度有关。其值可按管材外径或管材壁厚来确定：
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1
口模结构尺寸从图中可 以看到，主要是平直段 长度、内径和压缩角。 平直段（也叫定型段） 长度L1=(0.5~3)D 内径 d1= D/k 式中D —管材外径( mm) k—系数，k=1. 01~1.06。 压缩角α取14 °~50 °之间。
(4)结构紧凑
(5)选材要合理
02
01
03
04
05
常见的挤出机头有：
2典型挤出机头及设计
管材挤出机头、
异型材挤出机头
电线电缆包覆机头
1．管材挤出机头的结构形式
常见的管材挤出机头结构形式有以下三种： 直管式机头 图示为直管式机头。其结构 简单，具有分流器支架，芯模加热困难，定型长度较长：适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑 料的薄壁小口径的管材挤出。是挤出成型塑料 管材应用最广泛的一种模具结构
口模内径不等于塑料管材外
塑料制品的成型工艺与模具设计
压延模具的作用：将塑料片材压延成所需形状和厚度的塑料制品 压延模具的结构：包括辊筒、辊距调节机构、冷却系统等 压延模具的设计要点：辊筒的直径、长度、材质、表面处理等 压延模具的应用：广泛应用于塑料包装、汽车内饰、建筑材料等领域
塑料制品成型工艺 与模具设计的未来 发展
新型塑料材料的 研发：如生物降 解塑料、纳米塑 料等
模具材料的热处理工艺参数： 包括加热温度、保温时间和冷
却速度等
模具材料的热处理设备：包括 炉子、加热器和冷却器等
模具材料的热处理质量检验： 包括硬度测试、金相检验和力
学性能测试等
塑料制品模具设计 实例
注塑模具的基本 结构：包括浇注 系统、冷却系统、 顶出系统等
注塑模具的设计 原则：保证产品 质量、提高生产 效率、降低成本 等
生产塑料制品：使用 装配好的模具生产塑 料制品，并对制品的 质量进行检验。
模具材料的选择：根据塑料制 品的成型工艺、使用环境和性
能要求选择合适的模具材料
热处理：对模具材料进行加热、 保温和冷却等工艺处理，以改 善其内部微观结构，提高模具
的硬度、韧性和耐磨性
模具材料的热处理方法：包括 淬火、回火、正火和退火等
塑料制品的成型工艺 与模具设计
汇报人：
目录
添加目录标题
塑料制品成型工艺概述
塑料制品成型工艺详解
模具设计基础
塑料制品模具设计实例
塑料制品成型工艺与 模具设计的未来发展
添加章节标题
塑料制品成型工艺 概述
塑料制品成型工艺主要包括 注射成型、挤出成型、吹塑 成型、压塑成型等。
注射成型：通过注射机将熔 融的塑料注射到模具中，冷 却后得到产品。
挤出成型：通过挤出机将熔 融的塑料通过模具挤出，冷 却后得到产品。
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(2)弯管式机头
右图为弯管式机头，
其结构特点是内部不
设分流器支架，熔体
在机头中包围芯棒流
动成型，因此只产生
一条分流痕迹。这种
机头最突出的优点是：
挤出机机筒容
易接近芯棒上端，芯棒容易被加热；与它配合的冷
却装置可以同时对管材的内外径进行冷却定型，所
以定型精度较高：流动阻力较小，料流稳定，出料
挤出模具设计
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8-1概述 塑料挤出成型是用加热的方法使塑料成为流
动状态，然后在一定压力的作用下．使它通过 塑模，经定型后制得连续的型材。
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挤出法加工的塑料制品种类很多，如管材、 薄膜、棒材、板材、电缆敷层、单丝以及异形 截面型材等。
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挤出机还可以对塑料进行混合、塑化 、脱 水、造粒和喂料等准备工序或半成品加工。因 此，挤出成型已成为最普通的塑料成型加工方 法之一。
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2．多孔板（过滤板、栅板）
如图所示，多孔板的作用是 将物料由螺螺旋运动变为直 线运动，同时还能阻止未塑 化的塑料和机械杂质进入机 头口此外，多孔板还能形成 一定的机头压力，使制品更 加密实。
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3．分流器和分流器支架
分流器又叫鱼雷头。塑料 通过分流器变成薄环状， 便于进一步加热和塑化。 大型挤出机的分流器内部 还装有加热装置。
的尺寸和几何形状。
7．堵塞 防止压缩空气泄漏，保证管内一定的压力
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8.1.2挤出成型机头分类及其设计原则 1．分类 由于挤出制品的形状和要求不同，因此要有相 应的机头满足制品的要求，机头种类很多，大致 可按以下三种特征来进行分类：
(l)按机头用途分类 可分为挤管机头、吹管机头、挤板机头等；
剧地扩大或缩小，更不能有死角和停滞区，流道
应加工得十分光滑，表面粗糙度应在Ra 0.4um以
下。
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(2)足够的压缩比 为使制品密实和消除因分流器支架造成的结合
缝，根据制品和塑料种类不同，应设计足够的压
缩比。
压缩比：是指模具体
内熔料流道空腔中，
进料端最大截面积与
口模处环形空腔截面
积之比。压缩比一般
方法、螺杆形状、挤出速度等因素有关。设计者
应根据具体情况灵活应用上述原则。
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8.2典型挤出机头及设计 常见的挤出机头有：
管材挤出机头、
电线电缆包覆机头
异型材挤出机头
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1．管材挤出机头的结构形式 常见的管材挤出机头结构形式有以下三种：
(1)直管式机头 图示为直管式机头。其结构 简单，具有分流器支架，芯模加热困难，定型 长度较长：适用于PVC、PA、PC、PE、PP等塑 料的薄壁小口径的管材挤出。是挤出成型塑料 管材应用最广泛的一种模具结构
取4 ~10，如果熔料粘 度较高，取压缩比在
2.5~6
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(3)正确的断面形状 机头的成型部分的设计应保证物料挤出后具有
规定的断面形状，由于塑料的物理性能和压力、 温度等因素的影响，机头的成型部分的断面形状 并非就是制品的相应的断面形状，二者有相当的 差异，设计时应考虑此因素，使成型部分有合理 的断面形状。由于制品断面形状的变化与成型时 间有关，因此控制必要的成型长度是一个有效的 方法。离模膨胀Fra bibliotek拉伸比
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(4)结构紧凑 在满足强度条件下，机头结构应紧凑，其形状 应尽量做得规则而对称，使传热均匀，装卸方便 和不漏料。
(5)选材要合理 由于机头磨损较大，有的塑料又有较强的腐蚀
性，所以机头材料应选择耐磨、硬度较高的碳钢 或合金钢，有的甚至要镀铬，以提高机头耐腐蚀 性。
此外，机头的结构尺寸还和制品的形状、加热
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(3)按机头内压力大小分类 可分为:
低压机头（料流压力<40公斤／厘米2）、
中压机头（料流压力为40-100公斤／厘米2
高压机头（料流压力>100公斤／厘米2）。
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2．设计原则
(l)流道呈流线型
为使物料能沿着机头
的流道充满并均匀地被
挤出，同时避免物料发
生过热分解，机头内流
道应呈流线型，不能急
分流器支架主要用来支 撑分流器和芯棒，同时也 使料流分束以加强搅拌作 用。小型机头的分流器支 架可与分流器设计成整体。
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4．调节螺钉 用来调节口模与芯棒之问的 间隙，保证制品壁厚均匀。
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5．机头体 用来组装机头各零件及 挤出机连接。
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6．定径套 使制品通过定径套获得良好的表面粗糙度，正确
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挤管机头
吹管机头
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挤板机头
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(2)按制品出品方向分类 可分为直向机头和横向机头，前者机头内料流
方向一与挤出机螺杆轴向一致，如硬管机头；后 者机头内料流方向与挤出螺杆轴向成某一角度， 如电缆机头。
直向机头
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横向机头 挤出电缆
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1—芯线 2—导向棒 3—机头体 4—电热器 5—调节螺钉 6—口模 7—包覆塑件 8—过滤板 9—挤出机螺杆
均匀，生产率高，产品质量好。但结构复杂，制造
困难，生产占地面积较大精选。课件 PP PE
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应用 ：医用管材内径定型PVC管成型模具
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用挤出法生产的塑料制品大多使用热塑性塑 料，也有使用热固性塑料的。如聚氯乙烯、聚乙 烯、聚丙烯、尼龙、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚 甲醛、氯化聚醚等热塑性塑料以及酚醛、脲醛等 热固性塑料。
挤出成型具有效率高、投资少、制造简便，可
以连续化生产，占地面积少，环境清洁等优点。
通过挤出成型生产的塑料制品得到了广泛的应
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现以管材挤出机头为例，分析一下机头的 组成与结构，见图所示。
1-模具体 2-分流锥 3-分流锥支架 4-中套 5-压 盖 6-口模 7-芯轴 8-精定选课径件 套 9-气堵 10-进气8管
1．口模和芯棒 口模成型制品的外
表面，芯棒成型制品 的内表面，故口模和 芯棒的定型部分决定 制品横截面形状和尺 寸。
用，其产量占塑料制品总量的二分之一以上。
因此，挤出成型在塑料加工工业中占有很重要
的地位。
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8-1.1挤出成型机头典型结构分析 机头是挤出成型模具的主要部件，它有下述四 种作用。
(1)物料由螺旋运动变为直线运动； (2)产生必要的成型压力，保证制品密实； (3)使物料通过机头得到进一步塑化； (4)通过机头成型所需要的断面形状的制品。